(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを用いた噴霧により生成される気体状のイオンを、真空状態に管理された空間内に導入する細孔であり、噴霧に用いられるガスの流量よりも前記空間内に吸入されるガスの流量が多い細孔と、
前記気体状のイオンが導入される側の断面積が導出される側の断面積よりも大きく形成された穴を通じ、前記気体状のイオンを前記細孔に導くカバー板と、
前記細孔から前記空間内に導入された前記気体状のイオンを質量分析する質量分析部と
を有することを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の質量分析装置において、
前記穴が円錐状である
ことを特徴とする質量分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載の質量分析装置において、
前記穴を構成する円錐面が、前記穴の中心線から４５°以下の角度に保たれる
ことを特徴とする質量分析装置。
【請求項４】
請求項１に記載の質量分析装置において、
噴霧に用いられるガスの流量が前記空間内に吸入されるガスの流量の０．８倍以下である
ことを特徴とする質量分析装置。
【請求項５】
請求項１に記載の質量分析装置において、
噴霧に用いられるガスの流量が前記空間内に吸入されるガスの流量の１／３以下である
ことを特徴とする質量分析装置。
【請求項６】
請求項１に記載の質量分析装置において、
前記気体状のイオンが導入される側における前記穴の開口部の直径が２ｍｍ以上である
ことを特徴とする質量分析装置。
【請求項７】
請求項１に記載の質量分析装置において、
前記穴の表面には螺旋状又は渦巻き状の溝が形成されている
ことを特徴とする質量分析装置。
【請求項８】
請求項１に記載の質量分析装置において、
前記穴は、前記気体状のイオンを噴出するイオン源の噴出口の外周を覆うように配置される
ことを特徴とする質量分析装置。
【請求項９】
請求項１に記載の質量分析装置において、
前記穴の中心線は、前記細孔の中心線に対して斜め下方から交差する
ことを特徴とする質量分析装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の質量分析装置において、
前記細孔が形成される構造体の前記気体状のイオンが導入される側の端面構造と、前記カバー板に形成された前記穴の構造が一体的に一つの円錐形状を構成する
ことを特徴とする質量分析装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の質量分析装置において、
前記カバー板は前記穴を複数有し、
前記複数の穴は、前記細孔の中心線に対して同心円状に配置される
ことを特徴とする質量分析装置。
【請求項１２】
ガスを用いた噴霧により生成される気体状のイオンを、真空状態に管理された空間内に導入する細孔と、前記気体状のイオンが導入される側の断面積が前記細孔に連結する側の断面積よりも大きく形成された穴構造とを有し、噴霧に用いられるガスの流量よりも前記細孔を通じて前記空間内に吸入されるガスの流量の方が多い構造体と、
前記細孔から前記空間内に導入された前記気体状のイオンを質量分析する質量分析部と
を有することを特徴とする質量分析装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の質量分析装置において、
前記穴構造が円錐状である
ことを特徴とする質量分析装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の質量分析装置において、
前記穴構造は、真空状態に管理された前記空間の外壁に対して外方に突出した位置に形成される
ことを特徴とする質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機分子及び生体関連分子等を高感度に分離・分析する質量分析装置及び気体化されたイオンを真空状態に管理された空間内に導入する細孔のカバー板に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析装置は、混合物をその構成成分に分離する技術と組み合わされて使用される。分離技術は、ガスクロマトグラフと液体クロマトグラフに分類することができ、質量分析装置は、分離技術との組み合わせにより表記される。例えば液体クロマトグラフと質量分析装置を組み合わせたシステム構成はＬＣ／ＭＳと表記され、ガスクロマトグラフと質量分析装置を組み合わせたシステム構成はＧＣ／ＭＳと表記される。
【０００３】
ガス支援エレクトロスプレーイオン化法（特許文献１）やソニックスプレーイオン化法（特許文献２）などの噴霧イオン化法を用いたＬＣ／ＭＳインターフェースは、液体のガス噴霧によるイオンの生成を大気圧下で実施する。
【０００４】
例えば前者のイオン化法の場合、キャピラリーの末端部において液相状態の正負イオンが分離され、次に、キャピラリーの外周に沿って流されるガス流の支援により正又は負に帯電した帯電液滴が大気中に噴霧される。この帯電液滴から溶媒分子が蒸発することにより、気体化されたイオンが生成される。
【０００５】
ところが、大気圧下で生成されたイオンを質量分析するには、溶媒分子とともにイオンを、直径０．３ｍｍ程度の細孔を通じて真空装置内に導入する必要がある。しかし、真空装置に導入されたイオンや分子は、圧力の急減により断熱膨張に伴う冷却を必ず受ける。そのため、特に熱が与えられない限り、溶媒分子がイオンに多数結合（凝集）した巨大質量を有するイオンが真空装置内で形成される。このように巨大質量を有するイオンは、真空中での脱溶媒が困難である。このため、イオンの実質的な分析感度が低下する。
【０００６】
そこで、細孔を１２０℃程度に加熱しておくことにより、真空装置内に導入されるイオンや溶媒分子を予め加熱し、イオンへの溶媒分子の凝集を抑制する手法が広く行われている。
【０００７】
また、イオン源で生成されるイオンを含むガス流の向きを細孔の中心線に対して傾斜又は直交させ、電界によりイオンだけを優先的に細孔に導入することにより、巨大質量を有するイオンの形成を抑制する方法も提案されている（特許文献３、４）。
【０００８】
さらに、加熱された細孔が形成された金属ブロックとイオン源の間にカバー板を設置してガス流が細孔に直接当たるのを回避し、細孔自体の温度低下を防止する仕組みが提案されている（特許文献５）。
【０００９】
さらに、分析感度の向上には、大気圧下で生成されるイオンを真空装置内に極力多く導入することが重要である。そこで、細孔自体のイオン源側の直径を漏斗状に拡大する構造も提案されている（特許文献６）。
【００１０】
このように、液体サンプルの高感度分析には、イオン源や細孔を含むクロマトグラフと質量分析装置のインターフェース部分の開発が極めて重要になっている。
【００１１】
ところで、ガス支援による噴霧イオン化法は、生成される帯電液滴が気化することよりイオンの生成が促進されるだけでなく、熱的に不安定なイオンの解離を抑制することができる。結果的に、気相化したイオン分子の反応による不純物イオンの生成を抑制することができる。
【００１２】
典型例として、イオン源に流量２００マイクロＬ／分で導入されるサブスタンスＰ（substance-P）溶液から得られる質量スペクトルを図１に示す。
【００１３】
（ａ）は、ガス支援のないエレクトロスプレーイオン化法（ナノスプレー）で得られた質量スペクトルである。図に示すように、３個のプロトンが付加された３価イオンよりも、２個のプロトンが付加された２価イオンの強度の方が強く検出されている。
【００１４】
（ｂ）は、ガス噴霧を用いるイオン化法で得られた質量スペクトルである。図に示すように、３価イオンの方が２価イオンの強度より高いうえ、質量スペクトルが比較的単純である。
【００１５】
この質量スペクトルの違いは、ガス支援のないイオン化法とガス支援のあるイオン化法で発生する反応の違いに起因する。
【００１６】
ガス支援のないイオン化法においては、帯電液滴からイオンが生成される際に、イオンが帯電液滴から熱を奪う。このため、生成されたイオンには、過剰なエネルギーが蓄積される。その結果、比較的不安定なサブスタンスＰの３価イオンの場合、イオンの解離（フラグメント化）によりエネルギーの緩和が生じ易くなる。さらに、多価イオンの場合、気相イオンの分子反応により、イオンの電荷（この場合はプロトン）が他の（不純物）分子に奪われ易くなる。この分子反応が発生すると、液体サンプル由来のイオン強度は低減し、多数の不純物イオンが生成される。
【００１７】
一方、ガス噴霧を用いるイオン化法においては、帯電液滴からイオンが生成される際に付与された過剰な内部エネルギーは、ガス流の分子衝突により速やかに緩和される。従って、イオンの解離が起こり難い。さらに、このガス噴霧を用いるイオン化方法は、真空装置に対するイオンの導入時間が短く済む。このため、気相イオンの分子反応の影響も受け難い。結果的に、ガス噴霧を用いるイオン化法は、比較的不安定なイオンにおいても、高感度分析を安定かつ容易に実現することができる。
【００１８】
ところで、衝突誘起解離（ＣＩＤ）や電子捕獲解離（ＥＣＤ）、電子移動解離（ＥＴＤ）等によるタンデム型の質量分析では、選択される前駆体イオンの電荷数が高いほど、より多くの分子構造情報が得られる傾向がある。そのため、３価のプロトン付加分子を高感度に検出できることは、構造解析において特に重要である。因みに、プロトンが２個付加したサブスタンスＰ分子は、比較的安定なイオンである。
【００１９】
液体流量が１マイクロリットル／分以上の領域では、液体は一定の内径と外径を有するキャピラリーに導入され、その末端部から噴霧されてイオン化されることが多い。
【００２０】
ところが、液体流量が１マイクロリットル／分以下の領域では、キャピラリー末端での液体の蒸発やガス流による液体の吸引が、イオンの生成に悪影響を及ぼすことがある。そこで、このような微小流量の液体がイオン源に導入される場合には、末端部の内径と外径が小さくなった（末端が細くなった）キャピラリーがしばしば用いられる（特許文献７、８）。このようなキャピラリーは、末端部が肉薄である上、末端部に存在する液体の体積も微小である。このため、熱容量が低く、周囲の温度から影響を受け易い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許第４８６１９８８号
【特許文献２】米国特許第５８９８１７５号
【特許文献３】特許第０３５５４７３２号
【特許文献４】米国特許第７３８５１８９号
【特許文献５】米国特許第６１４７３４７号
【特許文献６】特開２００３−２２２６１２号公報
【特許文献６】米国特許５５７２０２３７号
【特許文献７】特開２００２−２５７２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
前述したように、ガス噴霧を用いるイオン化法では、キャピラリーの外周に沿ってガスが噴出し、そのガス流の中にイオンや溶媒分子が生成される。ところが、ガス流は細孔周辺で加熱された後、その一部がキャピラリーの末端に向けて戻る（撥ね返る）ことがある。
【００２３】
前述したように、液体流量が１マイクロリットル／分以下の場合、キャピラリーの末端は一般的に細い。このため、細孔で加熱され撥ね返ったガス流は、キャピラリーの末端温度を容易に上昇させてしまう。このように温度上昇したキャピラリーの末端で液体が気化すると、液相での正負イオンの分離過程等に支障が生じ、イオンの生成効率が顕著に低減（分析感度が低減）する。さらに、加熱された細孔からの赤外線輻射もキャピラリーの末端温度を上昇させる可能性がある。
【００２４】
イオンの生成効率の変動（低減）は、特に揮発性の高い有機溶媒を用いる場合に顕著に発生し易く、長時間に亘り繰り返し分析を継続するＬＣ／ＭＳ分析において最も深刻な影響を及ぼす。例えば分析開始後２時間程度はイオンの生成が安定していても、キャピラリーの末端が次第に加熱される結果、７時間後にイオンの生成が急減することがある。
【００２５】
因みに、ガス噴霧を併用しないエレクトロスプレーイオン化法（ナノスプレー）の場合には、このような問題が発生しない。従って、赤外線輻射による液体の気化についても無視することができる。その一方で、ガス噴霧を併用しないエレクトロスプレーイオン化法では、キャピラリーの末端部の汚れや細孔周辺の汚れ具合がイオン生成に影響する。このため、検出されるイオン強度が最大となるように、分析開始時にイオン源の位置をマニュアルで微調節する必要がある。そのため、ユーザーにはイオン源の位置調節に関するスキルが要求され、初心者には扱い難いという側面がある。
【００２６】
本発明者は、この技術課題を鋭意検討した結果、長時間に亘り安定的に高感度分析を実現でき、しかも再現性の高いデータを取得することができるガス噴霧支援によるインターフェースを有する質量分析装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
このため、本発明者は、ガス噴霧支援により質量分析装置内にイオンを導入するための細孔の入り口側に、気体状のイオンが導入される側の断面積が導出される側の断面積よりも大きい穴を形成したカバー板を配置する構造を提案する。また、本発明者は、細孔が形成された構造体として、気体状のイオンが導入される側の断面積が前記細孔に連結する側の断面積よりも大きく形成された穴構造を有するものを提案する。いずれの場合も、噴霧に用いられるガスの流量よりも細孔を通じて真空状態に管理された空間内に吸入されるガスの流量の方が多いものを想定する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、イオン源から噴出されたガス流を、気体状のイオンが導入される側の断面積が導出される側の断面積よりも大きい穴を通じて効率的に細孔内に導入することができる。このように、ガス流は、一次的には穴又は穴構造に衝突するため、細孔の温度低下を防止できる。また、細孔で加熱されガス流の反射や細孔からの赤外線輻射を抑制でき、キャピラリーの末端温度の上昇を防止できる。また、気体状のイオンが導入される側の穴の断面積が大きいため、イオンを含むガスを細孔に導入する際の位置調整の煩雑さも無くすことができる。結果的に、長時間に亘り安定的に高感度分析が可能で、再現性の高いデータの取得が可能な質量分析装置を実現できる。
【００２９】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ガス噴霧支援の有無による質量スペクトルの違いを示す図。
【図２】本発明を適用した一形態例に係るＬＣ／ＭＳ装置のインターフェースの構成例を示す図。
【図３】形態例に係るＬＣ／ＭＳ装置のシステム構成を示す図。
【図４】形態例に係るＬＣ／ＭＳ装置の他のインターフェースの構成例を示す図。
【図５】形態例に係るＬＣ／ＭＳ装置の他のインターフェースの構成例を示す図。
【図６】形態例に係るＬＣ／ＭＳ装置の他のインターフェースの構成例を示す図。
【図７】形態例に係るＬＣ／ＭＳ装置の他のインターフェースの構成例を示す図。
【図８】形態例に係るＬＣ／ＭＳ装置の他のインターフェースの構成例を示す図。
【図９】形態例に係るＬＣ／ＭＳ装置の他のインターフェースの構成例を示す図。
【図１０】形態例に係るＬＣ／ＭＳ装置の他のインターフェースの構成例を示す図。
【図１１】形態例に係るＬＣ／ＭＳ装置の他のインターフェースの構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本発明は、後述する形態例に限定されるものでなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
【００３２】
[形態例１]
以下、形態例１に係るガス噴霧支援型のインターフェースを有する質量分析装置について説明する。
【００３３】
［インターフェースの断面構成］
図２に、インターフェースの断面構成例を示す。イオン源のハウジング１には、ガラス製のキャピラリー２が固定されている。キャピラリー２の外径は例えば０．３６ｍｍ程度である。キャピラリー２の末端（液体の導入側とは反対側）の内径は、例えば１０ミクロン程度である。このように、キャピラリー２の末端は先端ほど細く形成される。キャピラリー２は樹脂製のスリーブ３を介してフィッティング４に装着され、当該フィッティング４を介してハウジング１に固定される。
【００３４】
キャピラリー２の末端部は、ハウジング１のオリフィス部５から僅かに突出している。この構造が、ガス支援によるイオン生成に重要である。ガス噴霧に用いるガスは、ハウジング１の側面に形成されたガス導入口６からハウジング１内に形成された空洞に一定の流量にて導入される。ハウジング１の空洞内に導入されたガスは、空洞内のスリーブ３に沿ってオリフィス部５の方向に流れ、キャピラリー２に沿うようにオリフィス部５の外部へと噴出される。なお、キャピラリー２の導入端には、２００ナノＬ／分程度で液体サンプルが導入される。液体サンプルは、ガス支援により、キャピラリー２の末端から噴霧される。このとき、噴霧されたガス流には、帯電液滴、イオン及び溶媒分子が含まれる。これらは、質量分析装置側のイオンの導入口である細孔７に向けて輸送される。
【００３５】
形態例に係るインターフェースは、装置筺体１０の一端面に形成された開口凹部に嵌め込むように取り付けられた金属ブロック８と、金属ブロック８の全体を覆うように装置筺体１０に取り付けられたカバー板１１とで構成される。
【００３６】
この形態例の場合、金属ブロック８のイオン源側は円錐形状に加工され、装置筐体１０に対する取付面側は円柱形状に加工されている。細孔７は、前述した円錐形状の母線に沿って形成されている。細孔７の直径は０．３ｍｍ程度である。金属ブロック８には、細孔７の外周部分にヒーター９が埋め込まれている。金属ブロック８は、ヒーター９により１１０℃程度に加熱される。
【００３７】
液体サンプルとオリフィス部５又は液体サンプルと細孔７の間には、キロボルト（ｋＶ）オーダーの電圧を印加する。電圧の印加により、帯電液滴やイオンの電流量を増加させることができる。また、印加電圧の増減により、帯電液滴やイオンの電流量を調整することができる。細孔７を通過したイオンは真空装置内に導入され、質量分析される。
【００３８】
カバー板１１のうち金属ブロック８との対面側は、金属ブロック８の円錐面と相似形状を有している。一方、カバー板１１のイオン源側は、細孔７の中心線を回転軸とする円錐台形状に形成されている。なお、円錐台の上底面には漏斗形状の穴１２が形成されている。この形態例の場合、穴１２のイオン源側の直径は１ｍｍ程度である。穴１２の開口断面はイオン源の側（イオンの導入側）ほど大きく、奥側（イオンの導出側）ほど小さくなる。一方、穴１２の奥側（イオンの導出側）の直径は、細孔７の直径以上である。すなわち、０．３ｍｍ以上である。この形態例の場合、漏斗形状に形成された穴１２の回転軸は、細孔７の中心線と一致する。穴１２は、装置筺体側の出口において、細孔７に連結されている。
【００３９】
この穴構造を有するカバー板１１を装置筺体１０の表面に取り付けたことにより、オリフィス部５から噴出されるガス流が細孔７に衝突するのを防ぐことができる。細孔７がガス流に直接晒されないため、細孔７の温度低下を防止又はかなり抑制することができる。
【００４０】
キャピラリー２の末端からガス噴霧を伴って生成されるイオンは、ガス流に乗って細孔７に向けて移動する。
【００４１】
ただし、イオンの密度は、キャピラリー２の末端から離れるほど、ガス流が拡散するため低減する。具体的には、キャピラリー２の末端と細孔７の開口端との距離Ｌが７ｍｍ以上であると、細孔７から取り込まれるイオンの量は著しく低減する。従って、距離Ｌは、７ｍｍ以下であることが望ましい。
【００４２】
前述したように、液体サンプルとオリフィス部５又は液体サンプルと細孔７の間には、キロボルト（ｋＶ）オーダーの電圧が印加されている。このため、距離Ｌが１ｍｍ以下になると放電が発生する。また、キャピラリー２の末端と細孔７の距離Ｌが近すぎると、加熱される細孔７の熱がキャピラリー２に伝わり、イオン生成に支障をきたすことがある。そのため、距離Ｌには最適値が存在する。
【００４３】
前述したように、穴１２のイオン源側（大気側）は、漏斗（円錐）状に開口断面が大きく、先端ほどその開口断面は小さくなっている。このため、キャピラリー２の末端からガス噴霧を伴って生成されるイオンを効率良く細孔７に導入することができる。
【００４４】
穴１２の中心線に垂直な断面に対する円錐面の角度θは、キャピラリー２の末端に向けて撥ね返るガス流を無視できる程度に急である必要がある。具体的には、角度θは、４５°以上であることが望ましい。換言すると、円錐面と穴１２の中心線とが成す角（＝９０°−θ）は、４５°以下であることが望ましい。
【００４５】
なお、その前提として、オリフィス部５から噴出されるガス流の流量に対して、細孔７から真空装置内に吸入されるガスの流量が大きいことが必要である。さもなければ、オリフィス部５から噴出されるガス流の全てを真空装置内に導入することができず、その一部が大気側に撥ね返えされてしまう。その場合、撥ね返されたガス流はキャピラリー２の末端を加熱し、イオンの生成に影響を与えてしまう。従って、インターフェースは、穴１２の構造に加え、前述した角度θとガスの流量に関する条件を満たす必要がある。
【００４６】
なお、穴１２のイオン源側（大気側）の開口の直径は２ｍｍ以上であることが望ましい。オリフィス部５から噴出するイオンを含んだガス流は、ガス流量やオリフィス部５のサイズに依存する。ガス流の中心線に垂直な断面におけるガス流の直径は、１．５ｍｍ以下であることが多いためである。
【００４７】
カバー板１１の温度は、ヒーター９により加熱される金属ブロック８（細孔７）の温度よりも明らかに低いことが望ましい。この温度条件を満たすことで、オリフィス部５の温度上昇が抑制され、キャピラリー２の先端部における液体の気化を防止することができる。そのため、カバー板１１と金属ブロック８の接触面積を必要最小に限定することが有効である。図１の場合、カバー板１１と金属ブロック８の間に空気層を設けている。因みに、カバー板１１と金属ブロック８の間に断熱材を挟み、伝熱効率を低下させることも有効である。
【００４８】
[システム構成]
図３に、形態例に係るインターフェース(図２)を有する質量分析装置と液体クロマトグラフとで構成されるＬＣ／ＭＳシステムの構成を示す。当該システムは、イオン源３１と質量分析装置３２で構成される。
【００４９】
イオン源３１には、ガス流量調節部４３からガスが供給される。ガス流量調節部４３は、ガス供給部４２から供給されるガスを定められた流量又は圧力に調節する。
【００５０】
送液部３９は、一定流量で液体（移動相）を送る。試料導入部４０は、送液部３９から供給された液体に試料を導入する。試料が導入された液体が液体サンプルである。分離部４１は、試料を液体サンプルから分離（ＬＣ分離）してイオン源３１に導入する。イオン源３１は、ガス噴霧により液体試料から生成されたイオンをカバー板１１の穴１２に導入する。
【００５１】
イオンは、細孔７を通じて質量分析装置３２の差動排気部３３に導入される。ここでの差動排気部３３が前述した真空装置に対応する。この形態例の場合、差動排気部３３は、２００Ｐａ程度の真空度に保持されている。差動排気部３３に導入されたイオンは、真空度がより高い質量分離部３４に導入され、質量分離される。質量分離されたイオンは検出部３５で検出され、その検出出力はデータ処理部３７を経て、最終的にデータ記録部３８に保存される。システム全体の制御はシステム制御部３６で行われる。
【００５２】
真空状態に管理される差動排気部３３の圧力は、質量分離部３４の圧力より何桁も高い。このため、差動排気部３３の排気は、質量分離部３４の排気とは独立に実行される。これらの排気は、真空ポンプ等により行われる。差動排気部３３に接続される真空ポンプ等は、実質上、細孔７から差動排気部３３に吸入されるガスの排気に用いられる。
【００５３】
差動排気部３３を排気する真空ポンプ等の排気速度をＳ、差動排気部３３の真空圧力をＰ１、大気圧をＰ０とすると、細孔７から差動排気部３３内に吸入されるガスの流量Ｑは、以下の式により見積もることができる。
【００５４】
［数１］
Ｑ＝Ｓ×Ｐ１／Ｐ０                  …（式１）
【００５５】
ここで、差動排気部３３の排気系コンダクタンスは無視することができる。従って、差動排気部３３の実行排気速度は、真空ポンプの排気速度Ｓで決定されると仮定した。例えば、差動排気部３３を排気する真空ポンプの排気速度Ｓが５００Ｌ／分、差動排気部３３の圧力Ｐ１が２００Ｐａの場合、大気圧Ｐ０は１０１３２５Ｐａであるので、ガスの流量Ｑは、式１から約１．０Ｌ／分と見積もることができる。
【００５６】
先に述べたように、オリフィス部５から噴出されるガス流の流量Ｑに対して、細孔７から差動排気部３３内に吸入されるガスの流量（すなわちＳ）の方が多いことが必要条件である。即ち、イオン源３１に導入されるガスの流量が式１で計算されるＱよりも低いことが必要条件である。実際、イオン源３１に導入されるガスの流量が１．４Ｑの場合では６時間のＬＣ／ＭＳ分析でイオン生成の急減が観測されることがあり、１．７Ｑの場合は３時間で急減が観測されることがある。一方、イオン源３１に導入されるガスの流量が０．８Ｑに設定されると、長時間安定してＬＣ／ＭＳ分析を行うことができる。
【００５７】
ただし、イオン源３１に導入されるガスの流量がＱよりも低いという条件を満たしていても、カバー板１１の形状やイオン源３１の向き、距離Ｌによっては、キャピラリー２の末端の加熱が無視されない場合がある。特に、液体流量が低く、末端径が細くなったキャピラリー２を使用する場合等には、キャピラリー２の末端が比較的加熱され易い。それでも、イオン源３１に導入されるガスの流量がＱの１／３以下に設定されると、確実に安定したイオン生成を行うことができる。
【００５８】
図１（ｂ）に示す質量スペクトルは、オリフィス部５から噴出されるガスの流量がＱの約１／３という条件下で取得されたものである。この条件下では、４４時間以上は安定してＬＣ／ＭＳ分析を行うことができた。
【００５９】
一方、オリフィス部５から噴出されるガスの流量が極めて低く設定される場合、図１で比較されるような優位性は失われ、ガス噴霧支援がない場合と同様の結果しか得られない。そのため、オリフィス部５から噴出されるガスの流量は、一定の値より高く設定される必要がある。厳密にはオリフィス部５やキャピラリー２のサイズや構造に依存するが、ガス流量の下限は、キャピラリー２に導入される液体流量の十万倍が目安である。液体が完全に気化すると、その体積は液体時の約１０００倍に増加する。
【００６０】
さらに、生成イオンの速やかな冷却を実現するには、オリフィス部５から噴出されるガスの流量は、完全に気化された液体よりも充分に（約１００倍）高く設定されることが必要である。例えば、液体流量が１マイクロＬ／分の場合、ガスの流量は０．１Ｌ／分以上に設定されることが望ましい。結局、ガスの流量は、これまで述べた範囲で検出イオン強度が最大となる値に最適化されることになる。
【００６１】
［まとめ］
以上説明したように、本形態例に係る質量分析装置の場合、細孔７の入り口側に漏斗状の穴１２を形成したカバー板１１を配置することにより、イオン源３１から放射状に噴出されたガス流を効率的に細孔７内に導入することができる。このように、ガス流は、一次的にカバー板１１の穴１２に衝突し、細孔７に直接衝突することがない。従って、細孔７の温度低下を防止することができる。また、本形態例の場合、細孔７で加熱されたガス流の反射や温度の高い細孔７からの赤外線輻射を防ぐことができる。このため、キャピラリーの末端温度が上昇するのを効果的に防止することができる。また、漏斗状の穴１２にイオンを含むガスを導入するため、オリフィス部５と細孔７との間の位置調整の煩雑さも無くすことができる。また、カバー板１１や細孔７の開口端周辺に汚れ等の経時変化があったとしても、イオンの生成にほとんど影響を与えることがない。結果的に、長時間に亘り安定的に高感度分析が可能で再現性の高いデータ取得が可能な質量分析装置を実現することができる。
【００６２】
［形態例２］
以下では、形態例２に係るインターフェースを有する質量分析装置について説明する。なお、インターフェース以外の装置構成は、形態例１と同様である。従って、以下では、本形態例に特有のインターフェースの構造のみを説明する。
【００６３】
前述した形態例の場合、カバー板１１のイオン源側に、漏斗状の穴１２を設ける場合について説明した。しかし、穴１２の形状はこれに限らない。例えば図４に示すように、穴１２の内表面に螺旋状又は渦巻き状の溝を形成しても良い。この場合、イオンを含むガスは、穴１２の内表面に沿って渦を巻きながら底部へと吸い込まれる。このとき、大気成分の分子よりもサイズが大きいイオンは、流れの中心部に効率的に収束させることができる。結果的に、イオンが金属性のカバー板１１に接触して電荷が失われることを防止し、効率良くイオンを細孔７に導入することができる。このため、形態例１に比してより高感度での検出が可能になる。
【００６４】
なお、図４に示すように、穴１２の形状が漏斗状であれば、細孔７が形成される金属ブロック８は直方体形状でも構わない。
【００６５】
［形態例３］
以下では、形態例３に係るインターフェースを有する質量分析装置について説明する。なお、インターフェース以外の装置構成は、形態例１と同様である。従って、以下では、本形態例に特有のインターフェースの構造のみを説明する。
【００６６】
前述したように、カバー板１１のイオン源側に形成する穴１２の形状は漏斗状であることが望ましい。また、前述したいずれの構造例の場合にも、穴１２のイオン源側の開口端とオリフィス５の間に隙間を設ける場合について説明した。しかし、図５に示すように、カバー板１１の穴１２を、オリフィス部５を覆えるほど開口径を大きく、かつ、深く形成しても良い。この構造の場合、細孔７に吸引される空気は、オリフィス部５の外周面と穴１２の内周面の隙間に沿って流れることになる。
【００６７】
また、カバー板１１の温度が室温に近い場合、オリフィス部５の外周温度もほぼ室温となる。このため、キャピラリー２の先端部における液体の温度上昇を効果的に抑制することができる。そのため、安定したイオン生成を実現させることができる。
【００６８】
［形態例４］
以下では、形態例４に係るインターフェースを有する質量分析装置について説明する。なお、インターフェース以外の装置構成は、形態例１と同様である。従って、以下では、本形態例に特有のインターフェースの構造のみを説明する。
【００６９】
前述の形態例の場合には、穴１２が円錐形状である場合について説明した。すなわち、穴１２の導出口から導入口への距離に比例して断面の直径が大きくなる形状を採用した。
【００７０】
しかし、カバー板１１の穴１２のイオン源側の構造は、その中心線に対して垂直な断面の面積が導出口（最小開口部）から導入口（最大開口部）までの距離に応じて単調増加していれば、どのような構造であっても構わない。
【００７１】
図６及び図７に、本形態例に係る穴１２の構造例を示す。図６及び図７に示す穴１２は、その中心線に垂直な断面の直径が穴１２の最小開口部から最大開口部までの距離に対して非線形である。このような場合にも、前述した形態例１の場合と同様の効果を実現することができる。
【００７２】
［形態例５］
以下では、形態例５に係るインターフェースを有する質量分析装置について説明する。なお、インターフェース以外の装置構成は、形態例１と同様である。従って、以下では、本形態例に特有のインターフェースの構造のみを説明する。
【００７３】
前述した形態例の場合、カバー板１１に形成した穴１２の中心線と、キャピラリー２の中心線と、細孔７の中心線とを一致させる場合について説明した。
【００７４】
しかし、図８に示すように、細孔７の中心線とキャピラリー２の中心線（穴１２の中心線）とが一定の角度を有していても良い。なお、図８の場合、キャピラリー２は、イオンを含むガスが斜め上方に噴出されるように配置している。その理由は、以下の現象を想定するためである。例えば液体の送液が急増する場合、液体の全てが霧状にならず、一部が噴水状に噴き出す事態が考えられる。そのような場合でも、図８に示すようにガスが斜め上方に噴出されるのであれば、噴出した液体が細孔７から差動排気部３３内に直接導入され難い。このため、差動排気部３３の汚染を抑制することができる。
【００７５】
［形態例６］
以下では、形態例６に係るインターフェースを有する質量分析装置について説明する。なお、インターフェース以外の装置構成は、形態例１と同様である。従って、以下では、本形態例に特有のインターフェースの構造のみを説明する。
【００７６】
前述した形態例の場合、金属ブロック８のイオン源側の表面が平坦に構成され、カバー板１１にのみ漏斗状の穴１２を形成する場合について説明した。
【００７７】
しかし、図９に示すように、細孔７のイオン源側の端面構造と、カバー板１１の穴１２の構造とが一体的に１つの漏斗形状を構成するように、金属ブロック８と穴１２を形成しても良い。
【００７８】
なお、金属ブロック８のイオン源側の表面形状とカバー板１１の穴１２の内表面形状との組み合わせにより構成される凹形状は、オリフィス部５から噴出されるガス流がイオン源側で撥ね返され難い構造であれば、その形状は前述の通り任意で良い。
【００７９】
なお、厳密には、イオン源３１のオリフィス部５の中心線と、カバー板１１に形成された穴１２のイオン源側の中心線とが一致する必要はなく、１ｍｍ以内のズレであれば、イオンの生成にほとんど影響しない。前述した他の形態例の場合も同様である。また、細孔７の開口端周辺に汚れ等の経時変化が見られたとしても、イオンの生成にほとんど悪影響を及ぼすことがない。
【００８０】
その結果、イオン源３１の最適な位置を一旦決定すれば、測定開始前にイオン源３１の位置の微調整を行うことは不要であり、再現良くデータの取得を繰り返すことができる。このことにより、ユーザーのスキルや負荷が著しく低減される。前述した他の形態例についても同様である。
【００８１】
［形態例７］
以下では、形態例７に係るインターフェースを有する質量分析装置について説明する。なお、インターフェース以外の装置構成は、形態例１と同様である。従って、以下では、本形態例に特有のインターフェースの構造のみを説明する。
【００８２】
前述した形態例で説明したように、細孔７が形成された金属ブロック８の外表面がイオン源側に突出していても、平坦であっても、漏斗状に窪んだ構成であっても構わない。
【００８３】
しかし、イオン源３１に対して導入されるガスの流量が、細孔７から差動排気部３３に吸入されるガスの流量Ｑより充分に低い場合、細孔７のイオン源側にカバー板１１を必ずしも設置する必要はない。
【００８４】
図１０に、カバー板１１を設置しないインターフェースの構造例を示す。すわなち、装置筐体１０が、気体状のイオンが導入される側の断面積が細孔７に連結する側の断面積よりも大きく形成された穴１２を有するように構成する。なお、漏斗状の穴１２は、装置筐体１０の外壁に対してイオン源側に突出するように形成する。この構造により、穴１２の深さと細孔７に必要な距離を確保する。図１０の場合、ヒーター９は装置筐体１０を加熱する。
【００８５】
イオン源３１に対して導入されるガスの流量が細孔７から差動排気部３３に吸入されるガスの流量Ｑより充分に低い場合、イオン源３１のオリフィス部５から噴出されるガス流が細孔７のイオン源側に接触して加熱されたとしても、ガス流のほとんどを差動排気部３３内に吸入することができる。その結果、細孔７のイオン源側におけるガス流の撥ね返しを無視することができる。すなわち、キャピラリー２の先端部が、撥ね返されたガス流のために加熱されることもなく、噴霧される液体の温度も上昇しない。また、ガスの流量がそもそも少ないので、細孔７の温度低下も防止できる。
【００８６】
［形態例８］
以下では、形態例８に係るインターフェースを有する質量分析装置について説明する。なお、インターフェース以外の装置構成は、形態例１と同様である。従って、以下では、本形態例に特有のインターフェースの構造のみを説明する。
【００８７】
キャピラリー２の末端部における内径が１０ミクロン程度に細くなったものを利用する場合、キャピラリー２に導入される液体流量が１００ナノＬ／分から８００ナノＬ／分の範囲であれば、同一の分析条件において高感度分析が実現することができる。液体流量が１マイクロＬ／分では、細孔７の温度を１２０℃程度に上昇させると問題ない。
【００８８】
しかし、液体流量が０．８マイクロＬ／分を超える場合、噴霧により生成される帯電液滴が必ずしも十分に気化しない。このため、気化しなかった液滴が、細孔７から差動排気部３３内に導入されることがある。差動排気部３３内に導入された帯電液滴は、電極を汚し、装置の感度低下の原因になり得る。そこで、帯電液滴を極力大気圧下で気化させることが、高感度分析のみならず分析装置のロバスト性の観点からも重要である。
【００８９】
液体流量が０．８マイクロＬ／分以上の場合、図１１に示すカバー板１１の利用が効果的である。図１１には、カバー板１１の断面構造と正面図の両方を示している。図１１に示すカバー板１１は、漏斗状に形成された複数個の穴１２が細孔７に対して同心円周上に配置されている。図１１は、８個の穴１２を細孔７の同心円上に配置した例を表している。なお、８個の穴１２の中心側の斜面は、イオン源側である一点に集束している。この形態例の場合、この点は、細孔７の中心線上に位置決めされる。
【００９０】
イオン源３１のオリフィス部５から噴出されるイオンを含むガス流は、カバー板１１に設けられた８個の穴１２の中心に設けられた盛り上がった点又はその周辺の斜面に衝突した後、その周囲に位置する多数の穴１２に分散するように導入される。この後、イオン源３１のオリフィス部５から生成されるイオンを含むガス流は、同一円周上に配置された複数の穴１２の斜面に沿って最底部に流れ込み、カバー板１１の裏面と金属ブロック８の間の隙間を流れる間に加熱される。最終的に、複数の穴１２に流れ込んだガス流は、カバー板１１の裏面側に形成された通路を通じて細孔７の開口端部へと収束される。そして、イオンを含むガス流は、加熱されながら細孔７の中を流れ、最終的に差動排気部３３へと流出される。
【００９１】
この形態例に係る構造の場合、帯電液滴がカバー板１１との衝突の衝撃により微細化される上、細孔７に導入されるまでの間に加熱され、積極的に気化される。このような構造のカバー板１１を用いると、ガスの撥ね返しによりキャピラリー２の末端が加熱されることを抑制するとともに、生成される帯電液滴の気化を促進することができる。
【００９２】
［他の形態例］
前述した形態例の場合、細孔７を金属ブロック８に形成する場合について説明した。しかし、細孔７は、加熱可能な構造体であれば、金属ブロック８に形成しなくても良い。また、細孔７は、板状の構造体に形成しても良い。
【００９３】
本発明は上述した形態例に限定されず、様々な変形例を含む。例えば、上述した形態例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある形態例の一部を他の形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある形態例の構成に他の形態例の構成を加えることも可能である。また、各形態例の構成の一部について、他の構成を追加、削除又は置換することも可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１    ハウジング
２    キャピラリー
３    スリーブ
４    フィッティング
５    オリフィス部
６    ガス導入口
７    細孔
８    金属ブロック
９    ヒーター
１０  装置筺体
１１  カバー板
１２  穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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